(57)【要約】【課題】二次電池の過充電を防止して各二次電池の電気特性に応じて最適な充電を行う。【解決手段】選択スイッチ切替回路３０が、各二次電池体１０と各々に接続され、該二次電池体１０を充電する充電経路を個別に構成可能な選択スイッチであるサイリスタ３２と、複数のサイリスタ３２のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路４０とを有し、制御回路４０が、サイリスタ３２のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、任意の二次電池体１０に対する充電経路を構成すると共に、他の二次電池に対する充電経路を解除し、定電流源発生回路２０は、供給出力端子ＯＴ及び供給入力端子ＩＴの間に接続されたリアクトルＬと、リアクトルＬと直列に接続され、制御回路４０でＯＮ／ＯＦＦを制御される充電用スイッチ２２と、で構成されたチョッパ回路を備えており、チョッパ回路を外部電源ＥＰと接続して、二次電池体１０を充電する。【選択図】図１１
2011142369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々正極と負極を備え、相互に直列接続された複数の二次電池体(10)と、
前記二次電池体(10)を充電するための電力を供給する供給出力端子(OT)と供給入力端子(IT)を備える定電流源発生回路(20)と、
前記定電流源発生回路(20)で各二次電池体(10)に対して、個別に異なる充電電流を供給可能な選択スイッチ切替回路(30)と、
を備え、
前記選択スイッチ切替回路(30)が、各二次電池体(10)と各々に接続され、該二次電池体(10)を充電する充電経路を個別に構成可能な選択スイッチ(31)と、
前記複数の選択スイッチ(31)のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路(40)と、
を有し、
前記制御回路(40)が、前記選択スイッチ(31)のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、任意の二次電池体(10)に対する充電経路を構成すると共に、他の二次電池に対する充電経路を解除するものであり、
前記定電流源発生回路(20)は、
前記供給出力端子(OT)及び供給入力端子(IT)の間に接続されたリアクトル(L)と、
前記リアクトル(L)と直列に接続され、前記制御回路(40)でＯＮ／ＯＦＦを制御される充電用スイッチ(22)と、
で構成されたチョッパ回路を備えており、
前記チョッパ回路を外部電源(EP)と接続して、前記二次電池体(10)を充電するよう構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
各々正極と負極を備え、相互に直列接続された複数の二次電池体(10)と、
前記二次電池体(10)を充電するための電力を供給する供給出力端子(OT)と供給入力端子(IT)を備える定電流源発生回路(20)と、
前記定電流源発生回路(20)で各二次電池体(10)を充電するため、
各二次電池体(10)の正極と前記供給出力端子(OT)とを各々接続した複数の正極側充電経路(PC)と、
各二次電池体(10)の負極と前記供給入力端子(IT)とを各々接続した複数の負極側充電経路(NC)と、
前記正極側充電経路(PC)及び負極側充電経路(NC)に各々設けられた複数の選択スイッチ(31)と、
前記複数の選択スイッチ(31)のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路(40)と、
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電源装置であって、さらに、
前記リアクトル(L)の両端電圧を検出する電圧検出手段(26)を備えており、
前記制御回路(40)が、任意の二次電池体(10)を、該二次電池体(10)と前記リアクトル(L)とを繋ぐ正極側充電経路(PC)及び負極側充電経路(NC)に配置された各選択スイッチ(31)をそれぞれＯＮに切り替えると共に、他の選択スイッチ(31)をＯＦＦに切り替えることで、該二次電池体(10)のみを前記リアクトル(L)と接続させ、これにより該二次電池体(10)の電池電圧を前記電圧検出手段(26)で検出可能に構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記制御回路(40)が、時分割で各二次電池体(10)の電池電圧を測定してなることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記制御回路(40)が、任意の複数の二次電池体(10)を同時に充電するよう前記選択スイッチ(31)をＯＮ／ＯＦＦ制御可能に構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記選択スイッチ(31)が、自己消弧能力のない素子であることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記選択スイッチ(31)がサイリスタ(32)であることを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記二次電池体(10)が、複数の電池セルを直列又は並列に接続して構成されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
各々正極と負極を備え、相互に直列接続された複数の二次電池体(10)を充電可能な充電回路であって、
二次電池体(10)を充電するための電力を供給する供給出力端子(OT)と供給入力端子(IT)を備える定電流源発生回路(20)と、
前記定電流源発生回路(20)で各二次電池体(10)を充電するため、
各二次電池体(10)の正極と前記供給出力端子(OT)とを各々接続可能な複数の正極側充電経路(PC)と、
各二次電池体(10)の負極と前記供給入力端子(IT)とを各々接続可能な複数の負極側充電経路(NC)と、
前記正極側充電経路(PC)及び負極側充電経路(NC)に各々設けられた複数のサイリスタ(32)と、
前記複数のサイリスタ(32)のＯＮ制御を個別に制御可能な制御回路(40)と、
を備えており、
前記定電流源発生回路(20)は、
前記供給出力端子(OT)及び供給入力端子(IT)の間に接続されたリアクトル(L)と、
前記リアクトル(L)と直列に接続され、前記制御回路(40)でＯＮ／ＯＦＦを制御される充電用スイッチ(22)と、
で構成されたチョッパ回路を備えており、
前記チョッパ回路を外部電源(EP)と接続して、前記二次電池体(10)を充電するよう構成してなることを特徴とする充電回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電可能な二次電池を充電する充電回路を備える電源装置及び充電回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電動モータを用いて走行する電気自動車や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド電気自動車においては、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池、鉛蓄電池といった二次電池を単位セルとしてこれらを複数個直列接続した組電池が、電動モータの電源として用いられている。このような組電池では、充放電を繰り返すうちに、各単位セルの充電状態（State of Charge：ＳＯＣ；残容量などとも呼ばれる。）に基づく端子電圧にばらつきが生じ、これを放置したまま充電を行うと、一部の単位セルが過充電状態となることがある。また単位セルの劣化は加速度的に進む上、劣化するとたとえ一部の単位セルのみであっても、組電池全体が使用不可能となってしまう。【０００３】
このような問題に対し、充電済みの組電池を構成する複数の単位セル間での充電状態のばらつきを調整する方法として、特許文献１に示すような組電池の充電状態調整装置が提案されている。この充電状態調整装置９０は、図２６に示すように、二次電池からなる単位セル９１を複数個直列に接続して構成され、負荷や充電器が両端に接続された閉回路状態において充放電を行う組電池の充電状態を調整する。またこの充電状態調整装置９０は、負荷や充電器とは絶縁して設けられた均等充電用コンデンサ９２と、組電池の開回路状態において各単位セル９１を均等充電用コンデンサ９２にサイクリックに接続するサイクリック接続手段９３とを備える。これにより、複数個直列に接続されて組電池を構成する単位セル９１の相互間に充電状態のばらつきが生じても、セル電圧の高い単位セル９１から均等充電用コンデンサ９２を介してセル電圧の低い単位セル９１に電荷を移動させることで、電圧差を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１７０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図２６の充電状態調整装置９０は、あくまでも充電済みの単位セル９１のばらつきを調整するのみであり、一旦単位セル９１を充電した上で、充電状態調整装置９０を用いてばらつきを抑制する構成であるため、充電の工程と調整の工程とが個別に必要となり、時間がかかる上、これら充電と調整とを行う回路も個別に必要となるため、回路構成が複雑化するという問題もある。【０００６】
またこの充電状態調整装置９０では、サイクリックに単位セル９１を順次切り替えながら充電状態を調整することしかできないため、組電池の全体の充電を終えるまでに時間がかかり効率が悪くなるという欠点もある。特に近年の組電池は、大容量化の要求に伴い多数の単位セル９１を使用することも多くなっており、このようなサイクリック式の切り替え充電では使用する二次電池数に比例して充電時間が長くなる上、単位セル９１の切り替え動作も煩雑となり、実用的でない。さらに図２６の回路例ではスイッチング素子にフォトＭＯＳトランジスタを使用するため、駆動回路が複雑化して回路コストが高くなるという問題もあった。特に各単位セル９１の均等充電制御を行うには、単位セル９１を個別に充電できる充電経路を構成する必要があるところ、このような回路の構築にトランジスタを用いると、回路構成が複雑化するという問題が生じる。【０００７】
加えて、この回路では均等充電用コンデンサ９２を介して一旦電荷を蓄積した上で、端子電圧の低い単位セル９１に蓄積電荷を移動させる方式であるため、大容量の均等充電用コンデンサ９２が必須となる上、この均等充電用コンデンサ９２が、充電開始前の時点で、各単位セル９１の満充電状態における開回路端子電圧に極めて近く、かつこれを上回ることのない端子電圧となるように、予めオルタネータ等で充電されている必要があり、そのような充電の前準備が必須となり、構成が一層複雑化するという問題もある。【０００８】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、より安価に、二次電池の過充電を防止して最適な充電が可能な電源装置及び充電回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る電源装置によれば、各々正極と負極を備え、相互に直列接続された複数の二次電池体１０と、前記二次電池体１０を充電するための電力を供給する供給出力端子ＯＴと供給入力端子ＩＴを備える定電流源発生回路２０と、前記定電流源発生回路２０で各二次電池体１０に対して、個別に異なる充電電流を供給可能な選択スイッチ切替回路３０と、を備え、前記選択スイッチ切替回路３０が、各二次電池体１０と各々に接続され、該二次電池体１０を充電する充電経路を個別に構成可能な選択スイッチ３１と、前記複数の選択スイッチ３１のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路４０と、を有し、前記制御回路４０が、前記選択スイッチ３１のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、任意の二次電池体１０に対する充電経路を構成すると共に、他の二次電池に対する充電経路を解除するものであり、前記定電流源発生回路２０は、前記供給出力端子ＯＴ及び供給入力端子ＩＴの間に接続されたリアクトルＬと、前記リアクトルＬと直列に接続され、前記制御回路４０でＯＮ／ＯＦＦを制御される充電用スイッチ２２と、で構成されたチョッパ回路を備えており、前記チョッパ回路を外部電源ＥＰと接続して、前記二次電池体１０を充電するよう構成できる。これにより、一の定電流源発生回路を利用して任意の二次電池体に対して充電が可能となり、該二次電池体の電気特性に応じた適切な充電を個別に行える利点が得られる。また、チョッパ回路によって、例えば昇圧チョッピング動作として低い電圧の外部電源を用いて二次電池体を高い電圧に充電できる。
【００１０】
また、第２の側面に係る電源装置によれば、各々正極と負極を備え、相互に直列接続された複数の二次電池体１０と、前記二次電池体１０を充電するための電力を供給する供給出力端子ＯＴと供給入力端子ＩＴを備える定電流源発生回路２０と、前記定電流源発生回路２０で各二次電池体１０を充電するため、各二次電池体１０の正極と前記供給出力端子ＯＴとを各々接続した複数の正極側充電経路ＰＣと、各二次電池体１０の負極と前記供給入力端子ＩＴとを各々接続した複数の負極側充電経路ＮＣと、前記正極側充電経路ＰＣ及び負極側充電経路ＮＣに各々設けられた複数の選択スイッチ３１と、前記複数の選択スイッチ３１のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路４０と、を備えることができる。これにより、一の定電流源発生回路を利用して任意の二次電池体に対して充電が可能となることに加え、二次電池体の残容量に応じて充電量を調整できるので、直列接続された二次電池体全体で充電する方式に比べ、二次電池体間の充電量のばらつきを低減し、過充電を回避して長期に渡って安全性高く二次電池体を利用できる利点が得られる。
【００１１】
さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、さらに前記リアクトルＬの両端電圧を検出する電圧検出手段２６を備えており、前記制御回路４０が、任意の二次電池体１０を、該二次電池体１０と前記リアクトルＬとを繋ぐ正極側充電経路ＰＣ及び負極側充電経路ＮＣに配置された各選択スイッチ３１をそれぞれＯＮに切り替えると共に、他の選択スイッチ３１をＯＦＦに切り替えることで、該二次電池体１０のみを前記リアクトルＬと接続させ、これにより該二次電池体１０の電池電圧を前記電圧検出手段２６で検出可能に構成できる。これにより、一の電圧検出手段で任意の二次電池体の電池電圧を検出できる。すなわち、各二次電池体の電池電圧を、一の電圧検出手段のみで検出できるので、各二次電池体毎に電圧センサを個別に設ける必要性を無くし、回路を大幅に簡素化できる利点が得られる。
【００１２】
さらにまた、第４の側面に係る電源装置によれば、前記制御回路４０が、時分割で各二次電池体１０の電池電圧を測定できる。これにより、一の電圧検出手段ですべての二次電池体の電池電圧を順次検出できる。
【００１３】
さらにまた、第５の側面に係る電源装置によれば、前記制御回路４０が、任意の複数の二次電池体１０を同時に充電するよう前記選択スイッチ３１をＯＮ／ＯＦＦ制御可能に構成できる。これにより二次電池体を複数同時に充電制御することができ、効率よく充電を進めることができる。
【００１４】
さらにまた、第６の側面に係る電源装置によれば、前記選択スイッチ３１が、自己消弧能力のない素子とすることができる。これにより、チョッパ回路のＯＦＦ期間を利用して選択スイッチの消弧が可能となり、消弧のための特別な付加回路などを不要とできる。
【００１５】
さらにまた、第７の側面に係る電源装置によれば、前記選択スイッチ３１をサイリスタ３２で構成できる。これにより、信頼性、特に逆耐圧特性にも優れたサイリスタを用いて、直列接続された二次電池体を、二次電池体毎に充電回路を設けることなく、個別に充電できる利点が得られる。
【００１６】
さらにまた、第８の側面に係る電源装置によれば、前記二次電池体１０を、複数の電池セルを直列又は並列に接続して構成できる。これにより、複数の電池セルで構成された二次電池体が直列接続された均等に充電することが可能となる。
【００１７】
さらにまた、第９の側面に係る充電回路によれば、各々正極と負極を備え、相互に直列接続された複数の二次電池体１０を充電可能な充電回路であって、二次電池体１０を充電するための電力を供給する供給出力端子ＯＴと供給入力端子ＩＴを備える定電流源発生回路２０と、前記定電流源発生回路２０で各二次電池体１０を充電するため、各二次電池体１０の正極と前記供給出力端子ＯＴとを各々接続可能な複数の正極側充電経路ＰＣと、各二次電池体１０の負極と前記供給入力端子ＩＴとを各々接続可能な複数の負極側充電経路ＮＣと、前記正極側充電経路ＰＣ及び負極側充電経路ＮＣに各々設けられた複数のサイリスタ３２と、前記複数のサイリスタ３２のＯＮ制御を個別に制御可能な制御回路４０と、を備えており、前記定電流源発生回路２０は、前記供給出力端子ＯＴ及び供給入力端子ＩＴの間に接続されたリアクトルＬと、前記リアクトルＬと直列に接続され、前記制御回路４０でＯＮ／ＯＦＦを制御される充電用スイッチ２２と、で構成されたチョッパ回路を備えており、前記チョッパ回路を外部電源ＥＰと接続して、前記二次電池体１０を充電するよう構成できる。これにより、一の定電流源発生回路を利用して任意の二次電池体に対して充電が可能となり、二次電池体の残容量に応じて充電量を調整できるので、直列接続された二次電池体全体で充電する方式に比べ、二次電池体間の充電量のばらつきを低減し、過充電を回避して長期に渡って安全性高く二次電池体を利用できる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る電源装置を示すブロック図である。
【図２】図１の電源装置を示す回路図である。
【図３】図２の電源装置で二次電池体１０Ａを充電する様子を示す回路図である。
【図４】図２の電源装置で二次電池体１０Ｂを充電する様子を示す回路図である。
【図５】図２の電源装置で二次電池体１０Ｃを充電する様子を示す回路図である。
【図６】図２の電源装置で二次電池体１０Ｄを充電する様子を示す回路図である。
【図７】図２の電源装置で二次電池体１０Ａ、１０Ｂを充電する様子を示す回路図である。
【図８】図２の電源装置で二次電池体１０Ａ、１０Ｃを充電する様子を示す回路図である。
【図９】図２の電源装置で二次電池体１０Ａ〜１０Ｄを充電する様子を示す回路図である。
【図１０】実施例１に係る電源装置を示す回路図である。
【図１１】図１０の電源装置の回路例を示す回路図である。
【図１２】実施例２に係る電源装置を示す回路図である。
【図１３】図１２の電源装置の回路例を示す回路図である。
【図１４】実施例３に係る電源装置を示す回路図である。
【図１５】図１４の電源装置の回路例を示す回路図である。
【図１６】実施例４に係る電源装置を示す回路図である。
【図１７】図１６の電源装置の回路例を示す回路図である。
【図１８】実施例５に係る電源装置を示す回路図である。
【図１９】図１８の電源装置の回路例を示す回路図である。
【図２０】実施例６に係る電源装置を示す回路図である。
【図２１】図２０の電源装置の回路例を示す回路図である。
【図２２】実施例７に係る電源装置を示す回路図である。
【図２３】図２２の電源装置の回路例を示す回路図である。
【図２４】図２４（ａ）は一の二次電池体を充電する様子を示すタイミングチャート、図２４（ｂ）は充電用スイッチがＯＮのときの電流経路、図２４（ｃ）は充電用スイッチ２２がＯＦＦのときの電流経路を、それぞれ示す回路図である。
【図２５】図２５（ａ）は複数の二次電池体を順次充電するタイミングチャート、図２５（ｂ）は充電用スイッチがＯＮのとき、図２５（ｃ）は第一の二次電池体が選択されているとき、図２５（ｄ）は第二の二次電池体１０Ｂが選択されているとき、図２５（ｅ）は第Ｎの二次電池体が選択されているときの電流経路を、それぞれ示す回路図である。
【図２６】従来の組電池の充電状態調整装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置及び充電回路を例示するものであって、本発明は電源装置及び充電回路を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施の形態、実施例において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
【００２０】
図１〜図１０に、一実施の形態に係る電源装置１００を示す。これらの図において、図１は電源装置１００のブロック図、図２は図１の電源装置１００の一例を示す回路図、図３は図２の電源装置１００で二次電池体１０Ａを充電する様子を示す回路図、図４は二次電池体１０Ｂを充電する様子を示す回路図、図５は二次電池体１０Ｃを充電する様子を示す回路図、図６は二次電池体１０Ｄを充電する様子を示す回路図、図７は二次電池体１０Ａ、１０Ｂを充電する様子を示す回路図、図８は二次電池体１０Ａ、１０Ｃを充電する様子を示す回路図、図９は二次電池体１０Ａ〜１０Ｄを充電する様子を示す回路図、図１０は実施例１に係る電源装置１００を示す回路図、図１１は図１０の電源装置１００の回路例を示す回路図を、それぞれ示している。電源装置１００は、図１に示すように、１０Ａ〜１０Ｎの複数個の二次電池体１０と、外部電源ＥＰと接続され二次電池体１０を充電するための電力を供給する定電流源発生回路２０と、定電流源発生回路２０と二次電池体１０との間に接続され、各二次電池体１０に対して個別に異なる充電電流を供給可能な選択スイッチ切替回路３０とを備える。この電源装置は、負荷ＬＤに接続されてこれを駆動する。また外部電源ＥＰは、電源装置に充電のための電力を供給する電力源であり、例えばハイブリッド車の急速充電ステーションに本発明を適用する場合は、急速充電ステーションに備えられるハイブリッド車駆動用電池を充電するための充電用バッテリが該当する。また、商用電源を整流したものや商用電源そのものを外部電源ＥＰとして利用することもできる。以下の例では、外部電源ＥＰとして直流電圧源を使用している。
（二次電池体１０）
【００２１】
各二次電池体１０は、正極と負極を備えており、複数の二次電池体１０を直列接続している。各二次電池体１０は、一個の電池セルで構成する他、複数の電池セルを直列又は並列に接続して構成することも可能である。電池セルには、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池などの充電可能な二次電池が利用できる。特にリチウムイオン二次電池は、ニッケル水素電池に比べ体積当たりの電気容量が大きく、小型化、高出力化に優れるため好ましい。なお図２〜図１１の例では、説明を容易にするため二次電池体１０を１０Ａ〜１０Ｄの４個接続する構成を示しているが、二次電池体の接続数はこれに限定されるものでなく、５個以上あるいは３個以下などとできることはいうまでもない。
（定電流源発生回路２０）
【００２２】
図１の定電流源発生回路２０は、供給出力端子ＯＴと供給入力端子ＩＴを備え、選択スイッチ切替回路３０でもって各二次電池体１０を充電する。このため定電流源発生回路２０は、外部電源ＥＰの電圧を、二次電池体１０の充電に適した電流又は電圧に変換する変換回路を備える。ここでは定電流を発生させている。例えばリチウムイオン二次電池を充電する場合は、二次電池体１０の電圧が第一電圧よりも低い状態では定電流充電を行い、第一電圧を超えると定電圧充電に切り替え、第一電圧よりも高い第二電圧に達するまで定電圧充電を行い、第二電圧に達すると満充電と判定して充電を終了する。なお充電制御方法は一例であって、使用する二次電池体の種類などに応じて、他の既知の充電方法が適宜利用できる。またこのような充電制御は、後述する充電用スイッチ２２をＯＮ／ＯＦＦ制御することで行われる。
（選択スイッチ切替回路３０）
【００２３】
選択スイッチ切替回路３０は、各二次電池体１０と各々に接続され、該二次電池体１０を充電する充電経路を個別に構成可能な選択スイッチ３１と、複数の選択スイッチ３１のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路４０とを有する。具体的には、図２の回路例に示すように、定電流源発生回路２０と各二次電池体１０とを個別に接続する充電経路を、複数の選択スイッチ３１のＯＮ／ＯＦＦによって構成する。より具体的には、選択スイッチ切替回路３０は、各二次電池体１０の正極と供給出力端子ＯＴとを各々接続した複数の正極側充電経路ＰＣと、各二次電池体１０の負極と供給入力端子ＩＴとを各々接続した複数の負極側充電経路ＮＣと、正極側充電経路ＰＣ及び負極側充電経路ＮＣに各々設けられた複数の選択スイッチ３１と、複数の選択スイッチ３１のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路４０とで構成される。このように、一の定電流源発生回路２０を利用しつつ、選択スイッチ３１によって複数の二次電池体１０を個別に接続して、充電することができる。特に各二次電池を個別に定電流源発生回路２０と接続することで、該二次電池体１０の残容量に応じて充電量を調整できるので、直列接続された二次電池体全体で充電する方式に比べ、二次電池体間の充電量のばらつきを低減し、過充電を回避して長期に渡って安全性高く二次電池体を利用できる利点が得られる。なお、二次電池体を一個ずつ充電する構成に限られず、複数の二次電池を同時に充電することも可能であることはいうまでもない。
（選択スイッチ３１）
【００２４】
選択スイッチ３１には、半導体スイッチング素子が利用でき、例えばサイリスタやＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴなどが挙げられる。好適にはサイリスタを利用する。ただ、自己消弧機能を持つ自己消弧素子、例えばＧＴＯサイリスタやＩＧＢＴなども利用できる。自己消弧機能により選択スイッチ３１のＯＮ／ＯＦＦ制御を容易に行うことができるからである。なお図２〜図１０の例においては、選択スイッチ３１を模式的に示しており、例えば選択スイッチが双方向に通電可能な場合は、逆方向への通電を阻止するダイオード等の整流素子を充電経路中に適宜付加できることはいうまでもない。整流素子は充電経路に対して直列に挿入され、また充電経路中であれば任意の位置に設けることができる。また選択スイッチとして、サイリスタのような整流特性を有する半導体素子を利用する場合は、このような整流素子を不要とできる。
（サイリスタ３２）
【００２５】
ここで図１０の電源装置１００において、選択スイッチ３１にサイリスタ３２を用いた回路例を、図１１に示す。図１１において、サイリスタ３２Ａ〜３２Ｈはそれぞれ選択スイッチ３１Ａ〜３１Ｈに対応している。各サイリスタ３２をＯＮさせるには制御回路４０からＯＮ信号をサイリスタ３２のゲート端子に入力する。一方、サイリスタ３２をＯＦＦさせるには、後述する充電用スイッチ２２をＯＦＦしてチョッパ回路の出力を停止し、サイリスタ３２に通電する電流量をゼロにする。このような消弧動作によってサイリスタ３２をＯＦＦし、二次電池体１０への充電を停止できる。またサイリスタ３２は逆耐圧特性に優れており、ＯＮ駆動も容易で駆動回路を簡素化できる利点も得られる。
【００２６】
また選択スイッチ３１にＩＧＢＴを使用する場合は、自己消弧機能によりＯＮ／ＯＦＦの切り替え制御を制御回路４０からの信号で容易に行える。すなわち上述したサイリスタのような、一旦電流を停止する消弧動作を不要にできる。反面、サイリスタなどに比べ逆耐圧特性で劣るため、保護用の逆阻止ダイオードを直列に接続することが好ましい。
（制御回路４０）
【００２７】
制御回路４０は、図２に示すように各選択スイッチ３１のＯＮ／ＯＦＦを制御する。この制御回路は、ＡＳＩＣなどにより構成される。この例では、選択スイッチ３１の切り替えによって任意の二次電池体１０に対する充電経路を構成すると同時に、他の二次電池に対する充電経路を解除する。例えば図３の例では、選択スイッチ３１Ａ、３１ＣのみをＯＮとし、他の選択スイッチ３１をＯＦＦとすることで、二次電池体１０Ａのみを定電流源発生回路２０に接続し、他の二次電池体１０は定電流源発生回路２０から切り離すことで、二次電池体１０Ａの特性に応じた充電が可能となる。そして二次電池体１０Ａの充電が終了すると、次に図４に示すように選択スイッチ３１Ａ、３１ＣをＯＦＦとし、選択スイッチ３１Ｂ及び３１ＥをＯＮに切り替えることで、二次電池体１０Ｂのみを定電流源発生回路２０に接続し、他の二次電池体１０は定電流源発生回路２０から切り離すことで、二次電池体１０Ｂの特性に応じた充電が可能となる。同様に、二次電池体１０Ｂの充電が終了すると、図５に示すように選択スイッチ３１Ｂ及び３１ＥをＯＦＦに切り替えると共に、選択スイッチ３１Ｄ及び３１ＧをＯＮに切り替えて、二次電池体１０Ｃの充電を開始する。さらに二次電池体１０Ｃの充電が終了すると、図６に示すように選択スイッチ３１Ｄ及び３１ＧをＯＦＦに切り替えると共に、選択スイッチ３１Ｆ及び３１ＨをＯＮに切り替えて、二次電池体１０Ｄの充電を開始する。このようにして、順次選択スイッチ３１のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、すべての二次電池体１０を充電することができる。
【００２８】
このように、一の定電流源発生回路２０を利用しつつ、選択スイッチ切替回路３０によって任意の二次電池体に対して適切な充電が可能となる。しかもこの方法では、充電される二次電池体のみが定電流源発生装置と接続されるので、充電対象の二次電池体を並列接続する場合と比較して、充電対象の各二次電池体の電気特性等に応じた適切な充電を個別に行える利点が得られる。特に各二次電池の残容量が異なる場合は、同時に同じ電流で充電すると、残容量の多い特定の二次電池体が速く充電される結果、すべての二次電池体の充電が終了するまで充電を継続すると、先に満充電となった二次電池体が過充電され、劣化が進むおそれがある。逆に、残容量の少ない二次電池体に合わせて充電を終了すると、今度は満充電されない二次電池体が発生することとなって、利用可能な電気容量が少なくなるという問題も生じる。かといって、各二次電池体毎に専用の充電回路を個別に設けることとなれば、回路構成が複雑となる上コストも嵩む。そこで本発明では、一の定電流源発生回路を使用しつつ、選択スイッチ切替回路によって各二次電池体との個別接続を可能とすることで、個別の充電回路を設けることなく、共通の定電流源発生回路でもって個別充電を可能としている。
【００２９】
またこの方法であれば、特に負性特性を有するニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池の充電に好適となる。すなわち、ニッケル水素電池等は満充電になると電圧が低下する特性を有することから、ニッケル水素電池等を並列接続した状態で充電しようとすると、徐々に各ニッケル水素電池等の電圧が上昇すると共に、先に満充電に達したニッケル水素電池等の電圧が一旦低下することから、この電池に電流が多く供給されることとなって、却って電圧の低下を招き、適切な充電電力の供給が困難になるという問題があった。これに対して上述の本実施の形態に係る方法によれば、二次電池体毎の個別の充電が可能となることから、このような一律充電による問題を解消できるという優れた利点が得られる。
【００３０】
またこの充電装置は、二次電池体を個別に外部電源と接続して充電する他、複数の二次電池体を同時に外部電源と接続して充電することもできる。例えば図７に示す例では、二次電池体１０Ａ、１０Ｂを同時に充電するため、選択スイッチ３１Ａ、ＥをＯＮし、他の選択スイッチ３１をＯＦＦしている。これによって、隣接する二次電池体１０を同時に充電できる。
【００３１】
また、隣接する二次電池体同士に限られず、離れた二次電池体を同時に充電することもできる。例えば図８に示す例では、選択スイッチ３１Ａ、３１Ｃ、３１Ｄ、３１ＧをＯＮして、他の選択スイッチ３１をＯＦＦにすることで、二次電池体１０Ａ、１０Ｃを同時に充電することができる。さらに図９に示すように、選択スイッチ３１Ａ、３１ＨをＯＮして、他の選択スイッチ３１をＯＦＦにすることで、二次電池体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄをすべて同時に充電することもできる。このように複数の二次電池体を同時に充電することで、効率よく二次電池体の充電を進めることができる。なおこの回路例では、外部電源側から供給される電力は一定であるため、充電に要する時間の短縮化には理論上繋がらない。
（均等化回生動作）
【００３２】
以上の充電動作では、個別の二次電池体をそれぞれ適切な条件で充電することによって、結果的に得られる二次電池体間の電気容量のばらつきを低減させる均等化充電が実現できる。一方で、複数の二次電池体を同時に充電する際に、二次電池体間の電気容量のばらつきをより直接的に抑制することもできる。すなわち、電気容量の異なる複数の二次電池体を定電流源発生回路に接続した状態では、電池電圧の高い二次電池体に流れ込む電流量が低減し、電池電圧の低い二次電池体に流れ込む電流量がその分増えるため、結果的に電池電圧の低い二次電池体に多く充電されることとなって、電気容量の差が小さくなる方向に左右する。
【００３３】
また、充電用の電力を供給する電源側が回生動作可能な場合は、電気容量の大きい二次電池体を放電して、定電流源発生回路側に回生し、結果的にこの放電エネルギーを他の二次電池体の充電に振り向けることもでき、これによってさらに電気容量の差を低減できる。このような回生動作を、本明細書では均等化回生とも呼ぶ。例えば、ハイブリッド車やプラグインハイブリッド車のような回生動作を行う電源を用いる場合には、このような回生動作によって二次電池体間の均等化を図ることができるため、特に有利となる。なお回生動作は、二次電池体を単独で定電流源発生回路に接続している場合、及び複数の二次電池体を定電流源発生回路に接続している場合のいずれでも実現できることはいうまでもない。
【００３４】
このようにして、二次電池体間の電気容量のばらつきを充電の段階で抑制することで、すべての二次電池体を可能な限りの電気容量まで適切に充電でき、さらに一部の二次電池体が過充電される事態を回避し、二次電池体を保護して安定的に長期にわたって高い信頼性で利用できる。またこの構成によれば、充電と容量ばらつき調整とを同じ回路で実現できるので、回路構成の簡素化と共に処理の簡素化を図ることができる。
（チョッパ回路）
【００３５】
さらに充電回路の詳細な回路例を、実施例１として図１０に示す。この図に示す定電流源発生回路２０は、リアクトルＬと、このリアクトルＬと直列に接続された充電用スイッチ２２とで構成されたチョッパ回路を備えている。充電用スイッチ２２は、外部電源ＥＰとリアクトルＬに対して直列に接続されており、充電用スイッチ２２のＯＮによって、外部電源ＥＰ、リアクトルＬ、充電用スイッチ２２を接続した閉回路を構成する。また充電用スイッチ２２には半導体スイッチング素子が使用される。後述する図１１に示す具体例では、半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴを使用している。ＩＧＢＴはリアクトルＬが二次電池体１０に対して電力を供給できる向きに（図１０において右向き）電力エネルギーを蓄積できるよう、リアクトルＬの電流を制御することができる。
【００３６】
またリアクトルＬは、供給出力端子ＯＴ及び供給入力端子ＩＴの間に接続されており、直列接続された充電用スイッチ２２のＯＮ／ＯＦＦによって、外部電源ＥＰから供給される電力のチョッピング動作を実現する。すなわち、充電用スイッチ２２をＯＮさせると、外部電源ＥＰからの電力がリアクトルＬにのみ供給され、この状態で充電用スイッチ２２をＯＮからＯＦＦに切り替えると、リアクトルＬに蓄えられた電力エネルギーが放出され、充電経路を介して二次電池体１０側に流れ込み、充電が行われる。このような充電用スイッチ２２のＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返すことで、断続的な充電電流が二次電池体１０に供給され、パルス充電が実現される。充電用スイッチ２２のＯＮ／ＯＦＦは、制御回路４０によって行われる。
【００３７】
この例では定電流源発生回路２０は、昇圧チョッパ回路で構成されている。昇圧チョッパ回路は、昇圧チョッピング動作により低い電圧の外部電源ＥＰを用いて二次電池体１０を高い電圧に充電できる。ただ、この構成に限られず、例えば昇降圧チョッパ回路を利用することもできる。定電流源発生回路２０を昇圧チョッパとして機能させる場合は、外部電源ＥＰ（例えば２０Ｖ）よりも負荷、すなわち充電対象として選択された二次電池体１０の電池電圧（例えば２４Ｖ）が高いことが条件となる。図１０の例では、定電流源発生回路２０は昇降圧チョッパとして機能するため、このような電圧値の制限が無く、より柔軟に利用できる。また図１０の回路例において、選択スイッチ３１にサイリスタ３２を使用した回路例を、図１１に示す。この構成によれば、定電流源発生回路２０として利用する昇圧チョッパのＯＦＦ期間を利用して、選択スイッチ３１として利用するサイリスタをＯＦＦできるので、自己消弧能力のないサイリスタの消弧を、特別な転流回路無しで実現することができ、極めて好適にサイリスタを利用した充電制御が実現できる。
【００３８】
なお図２、図１０等の例では、一の制御回路４０で、定電流源発生回路２０の制御と、選択スイッチ切替回路３０の制御を行っている。ただ、この構成に限られるものでなく、例えば定電流源発生回路２０の制御を行う定電流源発生回路用制御回路と、選択スイッチ切替回路３０の制御を行う選択スイッチ回路用制御回路を、個別に設けることも可能であることはいうまでもない。
（実施例２  均等化充電及び均等化回生）
【００３９】
また、図１０などでは主に均等化充電を行う回路例を示したが、上述の通り回生動作によって均等化をより進めた均等化回生も実現できる。このような均等化充電及び均等化回生を実現可能な電源装置の回路例を、実施例２として図１２の回路図に示す。なお以下の例でも、説明を簡素化するため二次電池体１０を３つ（１０Ａ〜１０Ｃ）のみ図示して、他の二次電池体の図示を省略しているが、二次電池体の接続数が任意に設定できることは上述の通りである。またこの図に示す電源装置２００は、外部電源ＥＰとして、回生動作可能な電源（例えば急速充電ステーションに設置されたリチウムイオン電池）を接続している。
（回生用スイッチ２４）
【００４０】
図１２の定電流源発生回路２０は、図１０の充電用スイッチ２２に加え、回生用スイッチ２４をリアクトルＬに接続している。回生用スイッチ２４も充電用スイッチ２２と同様、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子が利用できる。回生用スイッチ２４は充電用スイッチ２２と逆向きに、二次電池体１０側から放電される方向に（図１２において左向き）電流がリアクトルＬを流れるよう、回生用スイッチ２４の通電方向を規定する。このため、回生用スイッチ２４に整流機能を持たせるか、あるいは回生用スイッチ２４と直列に、ダイオードなどの整流素子を回生用の放電経路に接続する。図１２の回路例において、選択スイッチ３１としてサイリスタ３２を、充電用スイッチ２２及び回生用スイッチ２４としてＩＧＢＴを使用した回路例を、図１３に示す。このように充電用スイッチ２２及び回生用スイッチ２４に整流素子を用いる場合、整流素子は不要とできる。また、各ＩＧＢＴのエミッタ−コレクタ間に、それぞれ逆並列にダイオードを接続する。これらのダイオードは、リアクトルＬに蓄積したエネルギーを二次電池体１０へ充電、あるいは外部電源ＥＰへ回生するための経路として、逆耐圧特性に劣るＩＧＢＴを保護する働きがある。この図に示す電源装置２００の充電動作において、外部電源ＥＰの外部電源電圧ＥEPと二次電池体１０の電池電圧Ｅ10との関係は、二次電池体１０と定電流源発生回路２０とが個別接続される場合、ＥEP＜Ｅ10となる。一方、回生動作においては、二次電池体１０の直列接続数をｎ個とし、各二次電池体の電圧ばらつきを無視すると、ＥEP＞Ｅ10＊ｎとなる。このように、充電動作時は、各電池電圧より低い外部電源電圧で充電可能であり、さらに回生動作により外部に電力を取り出す際においても、外部電源電圧は直列接続された電池電圧体の総電圧以上に高いことが必要となるため、逆にいえば低い電池電圧でも回生動作を行うことが可能となり、二次電池体を用いた効果的な充放電が実現される。
（実施例３）
【００４１】
また回生用スイッチ２４は、図１２の接続例に示すように、リアクトルＬの両端にそれぞれ接続する構成に限られず、例えば実施例３に係る図１４に示すように、リアクトルＬの一端で分岐させるように接続することも可能であることはいうまでもない。また図１４の電源装置３００の回路例において、選択スイッチ３１にサイリスタ３２を、充電用スイッチ２２及び回生用スイッチ２４にＩＧＢＴを使用した回路例を、図１５に示す。
【００４２】
また図示しないが、これらの図に示す回生用スイッチ２４も制御回路４０に接続されており、制御回路４０によってＯＮ／ＯＦＦを制御される。図１２や図１４に示す電源装置２００、３００では、二次電池体１０に対して充電用スイッチ２２を介して充電を行う際は、回生用スイッチ２４はＯＦＦとなるよう制御回路４０によって設定される。一方、二次電池体１０の余剰電力を外部電源ＥＰ側に放電する回生動作時には、逆に放電用スイッチがＯＦＦに切り替えられ、回生用スイッチ２４がＯＮとなるように、制御回路４０によって切り替えられる。これにより、二次電池体を放電させて電気容量を低減できると共に、放電エネルギーを外部電源に供給して再利用することができ、効率よくエネルギーを利用できる利点が得られる。特に電気自動車やハイブリッド自動車のような、高いエネルギー効率が求められる用途には、極めて有効となる。
（実施例４）
【００４３】
逆に回生動作を行わない場合は、実施例４として図１６に示すような回路構成を採用できる。この例に示す電源装置４００は、図１０の充電用スイッチ２２に加え、リアクトルＬの一端（図において右側）と供給出力端子ＯＴとの間に、充電用ダイオード２３を設けている。充電用ダイオード２３は二次電池体１０側から外部電源ＥＰ側に電流が流れ込むことを阻止するため、この回路では回生動作は禁止され、均等化充電のみが行われることとなる。図１６の回路例において、選択スイッチ３１にサイリスタ３２を、充電用スイッチ２２にＩＧＢＴを使用した例を、図１７に示す。
（実施例５）
【００４４】
また図１６の回路例に限られず、実施例５として、例えば図１８のような構成を採用することもできる。図１８に示す電源装置５００の例では、リアクトルＬの端部に接続する充電用ダイオード２３を、充電用スイッチ２２と同じ側でなく、別の端部に接続している。この構成でも、同様に充電用ダイオード２３が二次電池体１０側から外部電源ＥＰ側への電流の流入を禁止できる。図１８の回路例において、選択スイッチ３１にサイリスタ３２を、充電用スイッチ２２にＩＧＢＴを使用した例を図１９に示す。
（実施例６）
【００４５】
さらに一方で、均等化回生動作のみを行うための回路例を、実施例６として図２０に示す。この回路例に示す電源装置６００では、充電用スイッチを設けず、代わりに回生用スイッチ２４と、回生用ダイオード２５をリアクトルＬの一端に接続している。図２０の回路例において、選択スイッチ３１にサイリスタ３２を、回生用スイッチ２４にＩＧＢＴを使用した回路例を、図２１に示す。
（実施例７）
【００４６】
また実施例７として、図２２に他の電源装置７００の回路例を示す。実施例７では、この図２２に示すように回生用スイッチ２４の接続位置を、リアクトルＬの端部に対して回生用ダイオード２５と同じ側でなく、別の端部側に接続している。この構成でも、回生用スイッチ２４が二次電池体１０側から外部電源ＥＰ側への回生動作を許容しつつ、回生用ダイオード２５が充電動作を禁止する。また図２２の回路例において、選択スイッチ３１にサイリスタ３２を、回生用スイッチ２４にＩＧＢＴを使用した回路例を、図２３に示す。
（電圧検出手段２６）
【００４７】
さらにリアクトルＬの両端には、リアクトル両端電圧を検出するための電圧検出手段２６を備えている。この電圧検出手段２６は、例えば差動アンプや抵抗器などにより構成できる。電圧検出手段２６は、定電流源発生回路２０を選択スイッチ切替回路３０によって任意の二次電池体１０と接続した状態で、リアクトル両端電圧を検出することで、二次電池体１０の電圧を検出することができる。例えば、図１０の回路例においては、制御回路４０の制御により選択スイッチ３１Ａ及び選択スイッチ３１ＣのみをＯＮとし、他の選択スイッチ３１をＯＦＦとしている。この状態で二次電池体１０Ａを充電すると、リアクトル両端電圧に現れる電圧が二次電池体１０の電池電圧と等しくなるため、電圧検出手段２６によって二次電池体１０の電池電圧を検出できる。また、制御回路４０によって充電経路を切り替えれば、各二次電池体１０の電池電圧を順次検出できる。このようにして、電圧検出手段２６は制御回路４０によって各二次電池体１０をスキャンして、すなわち時分割で、すべての二次電池体１０の電池電圧を測定できる。すなわち、一の電圧検出手段２６でもって、複数の二次電池体１０の電池電圧を検出でき、しかも二次電池体１０の切り替えは、上述した充電用の選択スイッチ３１を利用できるため、追加の部品点数が殆ど不要となり、すべての二次電池体１０の電池電圧を検出するための回路構成を極めて簡素化できる利点が得られる。
【００４８】
なお、各二次電池体１０の電池電圧の検出は、好ましくは充電の開始前に行う。特に二次電池体１０の電池電圧に基づいてＳＯＣを演算することができるので、予め各二次電池体１０の残容量を把握した上で、適切な充電電流に調整できる。また、充電中に、適切なタイミング、例えば一定周期で二次電池体１０の電池電圧を電圧検出手段２６で検出しながら、充電の様子をモニタすることもできる。
【００４９】
以上のようにして二次電池体１０の電池電圧は、充電開始前や、充電中の一定周期など、所定のタイミングで電池電圧が検出される。そして二次電池体１０の電池電圧が一定電圧に達したとき、制御回路４０は選択スイッチ３１をＯＦＦとし、この二次電池に対する充電を終了する。
（タイミングチャート）
【００５０】
次に、実施例１に係る電源装置の動作を示すタイミングチャートを図２４〜図２５に示す。ここでは、充電用スイッチ２２がＯＮのときとＯＦＦのときのサイリスタ３２Ａ〜３２Ｎの各選択回路と電流経路を示している。また電源装置は、一例として電圧検出手段２６にサンプルホールド回路ＳＨを接続している。これらの図において、図２４（ａ）〜図２４（ｃ）は二次電池体１０Ａに充電を行う様子を示しており、図２４（ａ）は各部の波形を示すタイミングチャートを、図２４（ｂ）は充電用スイッチ２２がＯＮのときの電流経路を、図２４（ｃ）は充電用スイッチ２２がＯＦＦのときの電流経路を、それぞれ示している。図２４（ａ）において、インダクタンスＬの電圧波形ｅxの矩形波の欄にて（ｂ）で示すように、充電用スイッチ２２がＯＮのとき、インダクタンスＬへの電流ＩLが増加し、サイリスタ３２Ａには電流Ｉ32Aが流れなくなりＯＦＦとなる。一方、図２４（ａ）のｅxの欄にて（ｃ）で示すように充電用スイッチ２２がＯＦＦのとき、サイリスタ３２Ａはゲート信号によりＯＮされて電流Ｉ32Aが流れ、インダクタンスＬへの電流ＩLが減少する。なお図２４（ｂ）〜図２４（ｃ）において、サイリスタ３２のＯＮ状態を黒塗りで、ＯＦＦ状態を白抜きで、それぞれ示している。充電用スイッチ２２がＯＮする度にサイリスタ３２ＡはＯＦＦできる。サイリスタ３２Ａの電流Ｉ32Aは図２４（ａ）に示すようなパルス波形となる。またインダクタンスＬの両端の電圧ｅxは、図２４（ａ）に示すように外部電源ＥＰの電圧ＥPと二次電池体１０Ａの電圧Ｅ10Aが交互に印加される矩形波状となる。さらに電圧検出手段２６に対するサンプルホールド動作により、二次電池体１０Ａの電圧Ｅ10Aを検出することができる。
【００５１】
また図２５（ａ）〜図２５（ｅ）は二次電池体１０Ａ〜１０Ｎに充電を行う様子を示している。この図において図２５（ａ）は各部の波形を示すタイミングチャートを、図２５（ｂ）は充電用スイッチ２２がＯＮのとき、図２５（ｃ）は充電用スイッチ２２がＯＦＦで二次電池体１０Ａが選択されているとき、図２５（ｄ）は充電用スイッチ２２がＯＦＦで二次電池体１０Ｂが選択されているとき、図２５（ｅ）は充電用スイッチ２２がＯＦＦで二次電池体１０Ｎが選択されているときの電流経路を、それぞれ示している。
【００５２】
図２５（ａ）においては、二次電池体１０Ａに対する充電を行う期間を（ｂ）／（ｃ）で示しており、上述した図２４の動作が行われる。この期間では、まず図２５（ｂ）に示すように充電用スイッチ２２がＯＮのとき、インダクタンスＬへの電流ＩLが増加し、サイリスタ３２Ａ〜３２Ｎには電流は流れなくなりＯＦＦとなる。また図２５（ｃ）に示すように充電用スイッチ２２がＯＦＦであって二次電池体１０Ａが選択されているとき、サイリスタ３２Ａはゲート信号によりＯＮされて電流Ｉ32Aが流れ、インダクタンスＬへの電流ＩLが減少する。この間においては、これら図２５（ｂ）と図２５（ｃ）の動作が繰り返されるため、インダクタンスＬの両端の電圧ｅxは、外部電源ＥＰの電圧ＥPと二次電池体１０Ａの電圧Ｅ10Aが交互に印加される矩形波となる。
【００５３】
さらに二次電池体１０Ｂに対する充電を行う期間を、図２５（ａ）において（ｂ）／（ｄ）で示す。この（ｂ）／（ｄ）期間においては、上述した（ｂ）／（ｃ）期間と同様、図２５（ｂ）に示すように充電用スイッチ２２がＯＮのときは、インダクタンスＬへの電流ＩLが増加して、サイリスタ３２Ａ〜３２Ｎには電流は流れなくなりＯＦＦとなる。そして図２５（ｄ）において、充電用スイッチ２２がＯＦＦであって、二次電池体１０Ｂが選択されているとき、サイリスタ３２Ｂはゲート信号によりＯＮされて電流Ｉ32Bが流れ、インダクタンスＬへの電流ＩLが減少する。この（ｂ）／（ｄ）期間においてインダクタンスＬの両端の電圧ｅxは、外部電源ＥＰの電圧ＥPと二次電池体１０Ｂの電圧Ｅ10Bが交互に印加される矩形波となる。
【００５４】
さらにまた二次電池体１０Ｎに対する充電を行う期間を、図２５（ａ）において（ｂ）／（ｅ）で示す。この（ｂ）／（ｅ）期間においても、上述した（ｂ）／（ｃ）期間や（ｂ）／（ｄ）期間と同様、図２５（ｂ）に示すように充電用スイッチ２２がＯＮのときは、インダクタンスＬへの電流ＩLが増加して、サイリスタ３２Ａ〜３２Ｎには電流は流れなくなりＯＦＦとなる。そして図２５（ｅ）において、充電用スイッチ２２がＯＦＦであって、二次電池体１０Ｎが選択されているとき、サイリスタ３２Ｎはゲート信号によりＯＮされて電流Ｉ32Nが流れ、インダクタンスＬへの電流ＩLは減少する。この（ｂ）／（ｅ）期間におけるインダクタンスＬの両端の電圧ｅxは、外部電源ＥＰの電圧ＥPと電圧Ｅ10Nが交互に印加される。
【００５５】
また、図２５の例においてもサンプルホールド回路ＳＨのサンプルホールド動作により、サンプルホールド回路ＳＨの出力ｅBには、選択された各二次電池体の電圧Ｅ10A〜Ｅ10Nが検出できる。なお、電圧検出手段はサンプルホールド回路に限定されず、他の構成も適宜利用できる。
【００５６】
以上説明したように、本発明によれば、極めて簡単な回路構成で、各二次電池体の均等化充電制御ができるため、高い電圧を必要とする電気自動車や、無停電電源などの直流電圧源を構成する上で、システム構成が極めて簡単化できるとともに、過充放電を起こさないため二次電池体の長寿命化や安全性を高めることができるとともに低コスト化を達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る電源装置及び充電回路は、ハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、電気自動車などの駆動用電源に好適に利用できる。また車両用電源に限らず、アシスト自転車や電動工具、無停電電源（ＵＰＳ）、工場の駆動用電源などに利用される大容量の蓄電池バンク等、その他の電源装置にも利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００…電源装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｎ…二次電池体
２０…定電流源発生回路
２２…充電用スイッチ
２３…充電用ダイオード
２４…回生用スイッチ
２５…回生用ダイオード
２６…電圧検出手段
３０…選択スイッチ切替回路
３１、３１Ａ〜３１Ｈ…選択スイッチ
３２、３２Ａ〜３２Ｈ…サイリスタ
４０…制御回路
９０…充電状態調整装置
９１…単位セル
９２…均等充電用コンデンサ
９３…サイクリック接続手段
ＥＰ…外部電源
ＯＴ…供給出力端子
ＩＴ…供給入力端子
ＬＤ…負荷
ＰＣ…正極側充電経路
ＮＣ…負極側充電経路
Ｌ…リアクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年2月17日(2012.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々正極と負極を備え、相互に直列接続された複数の二次電池体（１０）と、
前記二次電池体（１０）を充電するための電力を供給する供給出力端子（ＯＴ）と供給入力端子（ＩＴ）を備える定電流源発生回路（２０）と、
前記定電流源発生回路（２０）で各二次電池体（１０）に対して、個別に異なる充電電流を供給可能な選択スイッチ切替回路（３０）と、
を備え、
前記選択スイッチ切替回路（３０）が、各二次電池体（１０）と各々に接続され、該二次電池体（１０）を充電する充電経路を個別に構成可能な選択スイッチ（３１）と、
前記複数の選択スイッチ（３１）のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路（４０）と、
を有し、
前記制御回路（４０）が、前記選択スイッチ（３１）のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、任意の二次電池体（１０）に対する充電経路を構成すると共に、他の二次電池に対する充電経路を解除するものであり、
前記定電流源発生回路（２０）は、
前記供給出力端子（ＯＴ）及び供給入力端子（ＩＴ）の間に接続されたリアクトル（Ｌ）と、
前記リアクトル（Ｌ）と直列に接続され、前記制御回路（４０）でＯＮ／ＯＦＦを制御される充電用スイッチ（２２）と、
で構成されたチョッパ回路を備えており、
前記チョッパ回路を外部電源（ＥＰ）と接続して、前記二次電池体（１０）を充電するよう構成しており、
前記選択スイッチ（３１）を、半導体スイッチング素子で構成し、
前記充電用スイッチ（２２）がＯＮのとき、前記選択スイッチ（３１）をＯＦＦとして、
前記充電用スイッチ（２２）がＯＦＦのとき、前記リアクトル（Ｌ）に蓄えられた電力エネルギーを放出して、前記選択スイッチ（３１）で構成された充電経路を介して二次電池体（１０）側に充電を行うよう構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
各々正極と負極を備え、相互に直列接続された複数の二次電池体（１０）と、
前記二次電池体（１０）を充電するための電力を供給する供給出力端子（ＯＴ）と供給入力端子（ＩＴ）を備える定電流源発生回路（２０）と、
前記定電流源発生回路（２０）で各二次電池体（１０）を充電するため、
前記供給出力端子（ＯＴ）及び供給入力端子（ＩＴ）の間に接続されたリアクトル（Ｌ）、
各二次電池体（１０）の正極と前記供給出力端子（ＯＴ）とを各々接続した複数の正極側充電経路（ＰＣ）、及び
各二次電池体（１０）の負極と前記供給入力端子（ＩＴ）とを各々接続した複数の負極側充電経路（ＮＣ）と、
前記正極側充電経路（ＰＣ）及び負極側充電経路（ＮＣ）に各々設けられた複数の選択スイッチ（３１）と、
前記複数の選択スイッチ（３１）のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路（４０）と、
を備え、
前記制御回路（４０）が、任意の二次電池体（１０）を、該二次電池体（１０）と前記リアクトル（Ｌ）とを繋ぐ正極側充電経路（ＰＣ）及び負極側充電経路（ＮＣ）に配置された各選択スイッチ（３１）をそれぞれＯＮに切り替えると共に、他の選択スイッチ（３１）をＯＦＦに切り替えることで、該二次電池体（１０）のみを前記リアクトル（Ｌ）と接続させて、該二次電池体（１０）の正極側充電経路（ＰＣ）及び負極側充電経路（ＮＣ）を構成可能としており、
前記充電用スイッチ（２２）がＯＮのとき、前記リアクトル（Ｌ）に電力エネルギーを蓄えつつ、前記選択スイッチ（３１）を切り替えて前記正極側充電経路（ＰＣ）及び負極側充電経路（ＮＣ）を構成し、
前記充電用スイッチ（２２）がＯＦＦのとき、前記リアクトル（Ｌ）に蓄えられた電力エネルギーを放出して、前記選択スイッチ（３１）で構成された正極側充電経路（ＰＣ）及び負極側充電経路（ＮＣ）を介して二次電池体（１０）側に充電を行うよう構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
各々正極と負極を備え、相互に直列接続された複数の二次電池体（１０）と、
前記二次電池体（１０）を充電するための電力を供給する供給出力端子（ＯＴ）と供給入力端子（ＩＴ）を備える定電流源発生回路（２０）と、
前記定電流源発生回路（２０）で各二次電池体（１０）に対して、個別に異なる充電電流を供給可能な選択スイッチ切替回路（３０）と、
を備える電源装置であって、
前記選択スイッチ切替回路（３０）が、各二次電池体（１０）と各々に接続され、該二次電池体（１０）を充電する充電経路を個別に構成可能な選択スイッチ（３１）と、
前記複数の選択スイッチ（３１）のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御回路（４０）と、
を有し、
前記制御回路（４０）が、前記選択スイッチ（３１）のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、任意の二次電池体（１０）に対する充電経路を構成すると共に、他の二次電池に対する充電経路を解除するものであり、
前記定電流源発生回路（２０）は、
前記供給出力端子（ＯＴ）及び供給入力端子（ＩＴ）の間に接続されたリアクトル（Ｌ）と、
前記リアクトル（Ｌ）と直列に接続され、前記制御回路（４０）でＯＮ／ＯＦＦを制御される充電用スイッチ（２２）と、
で構成されたチョッパ回路を備えており、
前記チョッパ回路を外部電源（ＥＰ）と接続して、前記二次電池体（１０）を充電するよう構成しており、
電源装置はさらに、前記リアクトル（Ｌ）の両端電圧を検出する電圧検出手段（２６）を備えており、
前記制御回路（４０）が、任意の二次電池体（１０）を、該二次電池体（１０）と前記リアクトル（Ｌ）とを繋ぐ正極側充電経路（ＰＣ）及び負極側充電経路（ＮＣ）に配置された各選択スイッチ（３１）をそれぞれＯＮに切り替えると共に、他の選択スイッチ（３１）をＯＦＦに切り替えることで、該二次電池体（１０）のみを前記リアクトル（Ｌ）と接続させ、これにより該二次電池体（１０）の電池電圧を前記電圧検出手段（２６）で検出可能に構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記制御回路（４０）が、時分割で各二次電池体（１０）の電池電圧を測定してなることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記制御回路（４０）が、任意の複数の二次電池体（１０）を同時に充電するよう前記選択スイッチ（３１）をＯＮ／ＯＦＦ制御可能に構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記選択スイッチ（３１）が、自己消弧能力のない素子であることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記選択スイッチ（３１）がサイリスタ（３２）であることを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記二次電池体（１０）が、複数の電池セルを直列又は並列に接続して構成されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
各々正極と負極を備え、相互に直列接続された複数の二次電池体（１０）を充電可能な充電回路であって、
二次電池体（１０）を充電するための電力を供給する供給出力端子（ＯＴ）と供給入力端子（ＩＴ）を備える定電流源発生回路（２０）と、
前記定電流源発生回路（２０）で各二次電池体（１０）を充電するため、
各二次電池体（１０）の正極と前記供給出力端子（ＯＴ）とを各々接続可能な複数の正極側充電経路（ＰＣ）と、
各二次電池体（１０）の負極と前記供給入力端子（ＩＴ）とを各々接続可能な複数の負極側充電経路（ＮＣ）と、
前記正極側充電経路（ＰＣ）及び負極側充電経路（ＮＣ）に各々設けられた複数のサイリスタ（３２）と、
前記複数のサイリスタ（３２）のＯＮ制御を個別に制御可能な制御回路（４０）と、
を備えており、
前記定電流源発生回路（２０）は、
前記供給出力端子（ＯＴ）及び供給入力端子（ＩＴ）の間に接続されたリアクトル（Ｌ）と、
前記リアクトル（Ｌ）と直列に接続され、前記制御回路（４０）でＯＮ／ＯＦＦを制御される充電用スイッチ（２２）と、
で構成されたチョッパ回路を備えており、
前記チョッパ回路を外部電源（ＥＰ）と接続して、前記二次電池体（１０）を充電するよう構成しており、
前記充電用スイッチ（２２）がＯＮのとき、前記サイリスタ（３２）をＯＦＦとした後前記正極側充電経路（ＰＣ）、負極側充電経路（ＮＣ）を構成し、
前記充電用スイッチ（２２）がＯＦＦのとき、前記リアクトル（Ｌ）に蓄えられた電力エネルギーを放出して、前記サイリスタ（３２）で構成された前記正極側充電経路（ＰＣ）及び負極側充電経路（ＮＣ）を介して二次電池体（１０）側に充電を行うよう構成してなることを特徴とする充電回路。
【国際調査報告】
2011142369.tif 000029
2011142369.tif 000030
2011142369.tif 000031
2011142369.tif 000032